Warum bricht Glas so leicht?

Wir alle kennen diese Situation ganz gut. Ein Gefäß aus Glas fällt runter und das Ergebnis ist wie in der Abbildung. Lauter Glasscherben (auf dem Foto sind nur die größeren dargestellt) liegen überall. Bei einem Gefäß aus einem anderen Material z. B. aus Kunststoff oder Metall passiert so etwas nie oder selten. Warum aber bei Glas? Warum bricht Glas so leicht? Eine einfache Frage, eigentlich. Die Antwort ist, wie so oft, jedoch nicht einfach.                                                                                           

                 

Das Grundmaterial von Glas (s. Beitrag) ist Siliziumoxid. An sich sind die Bindungen des glasbildenden Molekülnetzwerks sehr fest. Um Silizium-Sauerstoff-Verbindungen zu lösen, muss eine große Energie aufgebracht werden, woraus sich eine sehr hohe theoretische Festigkeit ableiten lässt. Tatsächlich liegen jedoch die Grenzen von Zug- und Biegefestigkeit deutlich niedriger. Diese Diskrepanz zwischen Theorie und Praxis rührt von feinsten Rissen in den Oberflächen her. Gläser sind sehr elastisch (im Sinne, dass sie einen hohen E-Modul haben!), so dass sie sich bei Belastungen kaum dauerhaft verformen. Während wandernde Versetzungen im Kristallgitter mikroskopische Risse in duktilen Metallen ausgleichen, bilden sich in Gläsern daraus leicht makroskopische Schäden. Konventionell verbessert man deshalb die Qualität der Oberfläche so durch Feuerpolieren, bei dem ein Schmelzfilm die Mikrorisse ausheilt. Oder werden die Oberflächenfehler weggeätzt. Beim Beschichten, einer anderen Methode, werden die Spalten verfüllt bzw. überbrückt. Stabilität gegen Zugbelastung geben zudem Druckvorspannungen in der Oberfläche. Man erzeugt sie durch Kristallisation, thermisches oder chemisches Härten sowie durch Überfangen mit einem Glas geringerer Wärmedehnung. Wird eine Glasoberfläche aber verletzt, nutzen diese Maßnahmen nicht mehr viel. Deshalb sucht man Gläser im gesamten Volumen zu verstärken, beispielsweise mit Fasern.
Die genannten Methoden sind nicht billig und werden eher für technisches Glas angewendet. Damit müssen wir im Haushalt weiter mit Glasscherben rechnen.
Übrigens die weißlichen Linien, die auf dem großen Glas-Bruchstück gut erkennbar sind, sind infolge der Korrosion von Glas entstanden, die wiederum hauptsächlich durch Reinigen in einem Geschirrspüler hervorgerufen wird. Das ist aber eine andere Geschichte.<<